CN111433878A - 气体断路器 - Google Patents

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Abstract

提供能够抑制移动电极在移动时的机械振动、减少气体断路器动作时的三联点的产生以及金属异物的产生、并更可靠地维持电绝缘性能的气体断路器。具有:第一电弧接触件(21);筒状的第二电弧接触件(41);棒状的触发电极(31),被配置为能够在第一电弧接触件(21)与第二电弧接触件(41)之间移动,在电流切断时的后半程,在筒状的第二电弧接触件(41)内移动,使第二电弧接触件(41)对电弧进行点弧;以及引导部(41b),具有比触发电极(31)的外径大且比第二电弧接触件(41)的与触发电极(31)接近的部分的内径小内径,在触发电极(31)与第一电弧接触件(21)为闭路状态时,以围绕触发电极(31)的方式配置于第二电弧接触件(41)的筒内。

Description

气体断路器
技术领域
本实施方式涉及一种在电力系统中进行电流切断的气体断路器。
背景技术
为了使在电力系统的电力供给线中流动的电流切断而使用气体断路器。气体断路器是为了切断在系统故障时切离产生了故障的系统时流动的电流而配置在电力供给线上的。
作为上述那样的气体断路器,压气式(puffer type)气体断路器较为普及。压气式气体断路器具有对置地配置在填充有消弧性气体的封闭容器内的一对电极。这一对电极由配置在气体断路器外部的驱动装置驱动而进行开闭。
在气体断路器成为打开状态时,这一对电极由配置在气体断路器外部的驱动装置驱动,而被机械式地切离。然而,由于电力系统中的电压为高电压,因此即使在一对电极被机械式地切离了之后,也继续流动电弧电流。压气式气体断路器通过将封闭容器内的消弧性气体向电弧喷吹而进行消弧,由此使该电弧电流切断。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014-72032公报
专利文献2:日本特开2015-79635公报
专利文献3:日本特开2015-185381公报
专利文献4:日本特开2015-185467公报
发明内容
发明将要解决的课题
上述那样的气体断路器中的电流的切断通过使移动电极以远离固定电极移动来进行的。在电流切断时,移动电极以秒速10m左右的高速移动。因此,移动电极在移动时不能避免机械式地振动,反复进行与周围的绝缘材料、活动侧的电弧接触件等其他充电部的接近以及分离。
由于移动电极的移动时的机械振动,移动电极与绝缘材料反复进行接近以及分离。由此,产生金属、绝缘物、消弧性气体相互接触的所谓三联点(三重点)。在金属、绝缘物、消弧性气体相互接触的三联点中,电场强度变得极高,存在危及气体断路器的电绝缘性能的隐患。
也考虑能够通过将绝缘材料与移动电极分离地配置来减少移动电极移动时的机械振动所引起的移动电极与绝缘材料的接近以及分离。然而,为了将在移动电极与固定电极之间产生的电弧高效地消弧,优选的是将由绝缘材料构成的喷嘴配置于移动电极的附近。喷嘴确保向产生的电弧喷吹的消弧性气体的流动方向以及流速。因此,不希望将由绝缘材料构成的喷嘴与移动电极分离地配置。
另外,由于移动电极在移动时的机械振动,移动电极与活动侧的电弧接触件反复进行接近以及分离。在移动电极与活动侧的电弧接触件接触的情况下,在同一部分产生放电,移动电极的电流由于放电而分流到活动侧的电弧接触件。担心由于该放电在活动侧的电弧接触件形成放电痕所引起的凹(凹陷)部分。在活动侧的电弧接触件形成有放电痕所引起的凹(凹陷)部分的情况下,消弧性气体从该凹(凹陷)部分泄漏,压力降低,其结果,担心向电弧喷吹的消弧性气体的速度降低。
上述那样的气体断路器通过活塞与气缸压缩内部的消弧性气体而升压,将该升压后的消弧性气体向电弧喷出,从而将电弧消弧。因而,在消弧性气体的升压时升压中的压缩气体从放电痕所引起的凹(凹陷)部分泄漏到电弧接触件会导致升压完成时的消弧性气体的压力降低,并不优选。这是因为,升压后的消弧性气体的压力降低会导致消弧性气体的流速降低,难以进行可靠的电弧的消弧。因而,优选在消弧性气体的升压时减少消弧性气体泄漏的情况。
在活动侧的电弧接触件形成有放电痕所进行的凹(凹陷)部分的情况下,在活动侧的电弧接触件以及移动电极开放之前,消弧性气体从该凹(凹陷)部分泄漏,压力将会降低。其结果,担心向电弧喷吹的消弧性气体的速度降低。因而,在活动侧的电弧接触件形成放电痕所进行的凹(凹陷)部分有可能导致电弧的消弧性能的降低,并不优选。
而且,担心因移动电极在移动时的机械振动而导致移动电极与活动侧的电弧接触件接触、滑动。在移动电极与活动侧的电弧接触件接触、滑动的情况下,担心移动电极与活动侧的电弧接触件被切削,产生细微的金属异物(所谓的切屑)。该细微的金属异物会导致气体断路器的电绝缘性能降低,并不优选。
本实施方式的目的在于提供一种气体断路器,其能够抑制移动电极在移动时的机械振动,减少气体断路器动作时的三联点的产生、消弧性气体泄漏所导致的喷吹气体压力的降低以及金属异物的产生,并更可靠地维持电绝缘性能。
用于解决课题的手段
本实施方式的气体断路器的特征在于,具有如下那样的构成。
(1)与连接于电力系统的第一引出导体电连接的第一电弧接触件。
(2)与第二引出导体电连接的筒状的第二电弧接触件。
(3)棒状的触发电极,配置为能够在所述第一电弧接触件与所述第二电弧接触件之间移动,在电流切断时的前半程,伴随着移动而使其与所述第一电弧接触件之间产生的电弧被点弧,在电流切断时的后半程,在筒状的第二电弧接触件内移动,使所述电弧换流到所述第二电弧接触件。
(4)引导部,具有比所述触发电极的外径大且比所述第二电弧接触件的与所述触发电极接近的部分的内径小的内径,在所述触发电极与所述第一电弧接触件为闭路状态时,以围绕所述触发电极的方式配置于所述第二电弧接触件的筒内。
附图说明
图1是表示第一实施方式的气体断路器的闭路状态的图。
图2是表示第一实施方式的气体断路器的电流切断时的前半程的状态的图。
图3是表示第一实施方式的气体断路器的电流切断时的后半程的状态的图。
图4是表示第一实施方式的气体断路器的触发电极与电弧接触件(活动侧)以及引导部的位置关系的放大图。
图5是表示第一实施方式的引导部相对于电弧接触件(活动侧)的配置位置与电场强度的关系的图表。
图6是表示其他实施方式的气体断路器的触发电极与电弧接触件(活动侧)以及引导部的位置关系的放大图。
具体实施方式
[第一实施方式]
[1-1.概略构成]
以下,参照图1~图3对本实施方式的气体断路器的整体构成进行说明。图1表示气体断路器1为闭路状态时的内部构造。
气体断路器1具有第一固定接触件部2(以下,统称为“固定接触件部2”)、活动接触件部3、第二固定接触件部4(以下,统称为“固定接触件部4”)、以及封闭容器8。经由封闭容器8,引出导体7a与固定接触件部2连接、引出导体7b与固定接触件部4连接。引出导体7a、7b与电力系统连接。气体断路器1设置于变电所等电力供给设备。
固定接触件部2、固定接触件部4是由导体金属构成的圆筒状的部件。活动接触件部3是被配置为与固定接触件部2、固定接触件部4的内径紧密接触且能够滑动的、由导体金属构成的圆筒状的部件。固定接触件部2、固定接触件部4分离地通过绝缘物(图中未示出)固定在封闭容器8内。
活动接触件部3是由导体金属构成的圆筒状的部件。活动接触件部3由配置在气体断路器1外部的驱动装置9驱动,在固定接触件部2与固定接触件部4之间移动,由此固定接触件部2与固定接触件部4被电切断或者电导通。由此,引出导体7a、7b之间被电切断或者电导通。
此外,在此,为了简单而对固定接触件部2是固定不动的情况进行说明,但也能够考虑将固定接触件部2相对于活动接触件部3进行驱动的构成。其理由在于,虽然构造变得复杂,但是在开路状态时,能够使固定接触件部2与活动接触件部3之间的绝缘距离快速增大。
在气体断路器1成为开路状态时,在固定接触件部2与活动接触件部3之间产生电弧。通过封闭容器8内所填充的消弧性气体被高压地喷吹,由此该电弧被消弧。
封闭容器8是由金属、绝缘子等构成的圆筒状的封闭容器,在内部填充消弧性气体。作为消弧性气体,能够使用消弧性能及绝缘性能优异的六氟化硫气体(SF6气体)。封闭容器8在为金属制的情况下,与接地电位连接。封闭容器8内的压力为,在通常运转时无论在哪个部分都成为单一的压力、例如消弧性气体的充气压力。
消弧性气体是用于使电弧消失的电绝缘性的气体。现在,作为消弧性气体而使用SF6气体的情况较多。但是,SF6气体对地球温室化的影响较大。因此,也可以代替SF6气体而将其他气体用作为消弧性气体。作为代替SF6气体的消弧性气体,优选绝缘性、电弧冷却性(消弧性)、化学稳定性、环境适合性、可获性、成本等优异。根据图1至图3所示的本实施方式,喷吹气体通过绝热压缩来升压,因此代替SF6的消弧性气体,优选为在相同的气缸容积及压缩率的前提下压力容易上升、比热比较大的气体。
驱动装置9是用于在气体断路器1的开闭时对活动接触件部3进行驱动的装置。驱动装置9在内部具有动力源,作为动力源而应用弹簧、液压、高压气体、电动机等。通过驱动装置9使活动接触件部3在固定接触件部2与固定接触件部4之间移动,固定接触件部2与固定接触件部4被电切断或者电导通。
驱动装置9在气体断路器1的开闭时,基于从外部发送的指令信号进行动作。驱动装置9被要求稳定地积蓄较大的驱动能量、对于指令信号的极其快速的响应性、以及更可靠的动作。驱动装置9不需要处于消弧性气体中。
在气体断路器1的开路状态时,在后述的压缩室36中升压了的消弧性气体经过后述的蓄压室38而被向电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧空间释放,在压缩室36内的压力充分降低之前,优选以使活动接触件部3的活塞33不逆行的方式保持活塞33的位置。其原因在于,活塞33逆行会导致压缩室36的体积扩大,压缩室36及蓄压室38的压力会降低。由此,向电弧的喷吹压力会降低,该情况是不被期待的。为了防止该逆行,也可以在驱动装置9中设置逆行防止构造。
固定接触件部2是配置在封闭容器8内的圆筒状的部件。固定接触件部2具有电弧接触件(固定侧)21、固定通电接触件22、绝缘喷嘴23、以及排气筒24。电弧接触件(固定侧)21相当于技术方案中的第一电弧接触件。这些部件的详细情况将后述。引出导体7a经由封闭容器8而与固定接触件部2连接。固定接触件部2被固定配置于封闭容器8。固定接触件部2在气体断路器1的闭路状态时,经由活动接触件部3而与固定接触件部4电连接,使引出导体7a、7b之间的电流导通。另一方面,在气体断路器1的开路状态时,固定接触件部2与活动接触件部3成为非电连接,将引出导体7a、7b之间的电流切断。
固定接触件部4是配置在封闭容器8内的圆筒状的部件。固定接触件部4具有电弧接触件(活动侧)41、气缸42、以及支架43。电弧接触件(活动侧)41相当于技术方案中的第二电弧接触件。此外,电弧接触件(活动侧)41本身不活动。这些部件的详细情况将后述。引出导体7b经由封闭容器8而与固定接触件部4连接。固定接触件部4被固定配置于封闭容器8。
在气体断路器1的闭路状态时,固定接触件部4经由活动接触件部3而与固定接触件部2电连接,使引出导体7a、7b之间的电流导通。另一方面,在气体断路器1的开路状态时,由于固定接触件部2与活动接触件部3成为非电连接,因此固定接触件部4将引出导体7a、7b之间的电流切断。
活动接触件部3是配置在封闭容器8内的圆筒状的部件。活动接触件部3具有触发电极31、活动通电接触件32、活塞33、活塞支承件33a、以及绝缘杆37。这些部件的详细情况将后述。活动接触件部3被配置为,能够在固定接触件部2与固定接触件部4之间往复移动。
活动接触件部3与配置在气体断路器1外部的驱动装置9机械式地连接。在气体断路器1的开闭时,通过驱动装置9来驱动活动接触件部3,在引出导体7a、7b中流动的电流被切断、导通。在气体断路器1的闭路状态时,活动接触件部3将固定接触件部2与固定接触件部4电连接,使引出导体7a、7b之间的电流导通。另一方面,在气体断路器1的开路状态时,活动接触件部3与固定接触件部2成为非电连接,将引出导体7a、7b之间的电流切断。
此外,活动接触件部3通过活塞33对气缸42中所积蓄的消弧性气体进行压缩,经由绝缘喷嘴23将其喷出,对在固定接触件部2与活动接触件部3之间产生的电弧进行消弧,由此将电弧电流切断。
固定接触件部2、活动接触件部3、固定接触件部4、封闭容器8是描绘同心圆的圆筒状的部件,具有共同的中心轴,且配置在同一轴上。此外,以下,在对各部件的位置关系及方向进行说明时,将固定接触件部2侧的方向称为开放端方向,将其相反侧的固定接触件部4侧的方向称为驱动装置方向。
[1-2.详细构成]
(固定接触件部2)
固定接触件部2具有电弧接触件(固定侧)21、固定通电接触件22、绝缘喷嘴23、以及排气筒24。电弧接触件(固定侧)21相当于技术方案中的第一电弧接触件。此外,在本说明书中,有时也将电弧接触件(固定侧)21称为第一电弧接触件。
(固定通电接触件22)
固定通电接触件22是配置在固定接触件部2的驱动装置方向的外周部端面的环状的电极。固定通电接触件22由通过切削等形成为向内径侧鼓出的环状的金属导体构成。构成固定通电接触件22的金属,根据导电性、轻量性、强度、加工性而优选铝,但是除此以外例如也可以是铜。
固定通电接触件22的内径与活动接触件部3的活动通电接触件32的外径之间具有供滑动的一定间隙。固定通电接触件22配置在由圆筒状的导体金属构成的排气筒24的驱动装置方向的端部。在排气筒24上经由封闭容器8而连接有引出导体7a。排气筒24经由绝缘部件而固定于封闭容器8。
在气体断路器1的闭路状态时,活动接触件部3的活动通电接触件32插入于固定通电接触件22。由此,固定通电接触件22与活动通电接触件32接触,使固定接触件部2与活动接触件部3电导通。固定通电接触件22在通电时流动额定电流。
另一方面,在断路器1的开路状态时,固定通电接触件22与活动接触件部3的活动通电接触件32物理地分离,将固定接触件部2与活动接触件部3电切断。
(电弧接触件(固定侧)21)
电弧接触件(固定侧)21是沿着固定接触件部2的圆筒的中心轴、配置在固定接触件部2的驱动装置方向的端部的圆筒状的电极。电弧接触件(固定侧)21由驱动装置方向的端部带有圆角的、形成为比固定通电接触件22小径的圆筒状的金属导体构成。电弧接触件(固定侧)21由含有10%至40%铜及90%至60%钨的金属等构成。
在气体断路器1的闭路状态时,电弧接触件(固定侧)21与活动接触件部3的触发电极31的外径部分接触。电弧接触件(固定侧)21设置于构成固定接触件部2的外周的排气筒24的内壁面,并通过支承部件而一体固定于固定接触件部2。电弧接触件(固定侧)21配置在消弧性气体中,对在消弧性气体中产生的电弧进行点弧。
电弧接触件(固定侧)21被固定,不构成驱动装置9应驱动的活动部的重量。由此,能够将热容量及表面积构成得较大,作为其结果,能够使电弧接触件(固定侧)21的耐老化性提高。
电弧接触件(固定侧)21的耐老化性、电弧接触件(活动侧)41的耐老化性、以及触发电极31的耐老化性,优选为以下的关系。
电弧接触件(固定侧)21的耐老化性≥电弧接触件(活动侧)41的耐老化性>触发电极31的耐老化性
其原因在于,成为高温的消弧性气体流在加速后碰撞电弧接触件21,因此电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41相比容易磨损。此外,其原因在于,作为活动部的触发电极31优选比电弧接触件(固定侧)21、电弧接触件(活动侧)41轻量化,同时,如后述那样,对高温的电弧进行点弧只是将电弧换流到电弧接触件(活动侧)41为止的一定期间,与电弧接触件(固定侧)21及电弧接触件(活动侧)41相比,磨损的程度有限。
电弧接触件(固定侧)21被配置为,以电弧被消弧之后能够确保绝缘性的距离与电弧接触件(活动侧)41分离。电弧接触件(固定侧)21及电弧接触件(活动侧)41被固定不活动,因此能够设为较大的接触件。因此,电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的空间的电场,与以往相比成为均匀的分布(电场集中较少的分布),与现有技术相比,能够使电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的距离变短。
此外,能够通过绝缘喷嘴23与电弧接触件(固定侧)21及电弧接触件(活动侧)41之间的距离,对向电弧喷吹的消弧性气体的流量、流速进行规定。在电弧接触件(固定侧)21与绝缘喷嘴23之间的距离大于电弧接触件(活动侧)41与绝缘喷嘴23之间的距离的情况下,向电弧喷吹的消弧性气体容易被迅速地向开放端方向排气,因此较优选。
在气体断路器1的闭路状态时,活动接触件部3的触发电极31插入于电弧接触件(固定侧)21。由此电弧接触件(固定侧)21与活动接触件部3的触发电极31接触,使固定接触件部2与活动接触件部3电导通。在气体断路器1的闭路状态时,电弧接触件(固定侧)21成为构成用于使引出导体7a、7b电导通的电流电路的一部分的导体。
另一方面,在气体断路器1的开路状态时,电弧接触件(固定侧)21与活动接触件部3的触发电极31分离,对在固定接触件部2与活动接触件部3之间产生的电弧进行点弧。电弧接触件(固定侧)21构成与触发电极31对置配置的1对电极,在气体断路器1成为开路状态时,成为与电弧接触的电极中的一方。固定通电接触件22与活动接触件部3的活动通电接触件32比电弧接触件(固定侧)21与触发电极31先分离,并在使通电电流换流到电弧接触件(固定侧)21及触发电极31侧之后分离,在该部分不产生电弧。
电弧接触件(固定侧)21与触发电极31构成为,相比于固定通电接触件22与活动通电接触件32在时间上靠后地离开,因此电弧必定在电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间点弧。由此,减轻了固定通电接触件22和活动通电接触件32的因电弧导致的劣化。
在气体断路器1成为开路状态时,活动接触件部3由驱动装置9驱动,在电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间从开放端方向向驱动装置方向移动。与此相伴随,触发电极31也在电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间从开放端方向向驱动装置方向移动。在触发电极31从电弧接触件(固定侧)21分离之前,固定通电接触件22与活动通电接触件32分离。其目的在于,使固定通电接触件22与活动通电接触件32之间不产生电弧。
在从触发电极31与电弧接触件(固定侧)21开始分离的时刻起、到电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41的分离距离等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31的分离距离的时刻为止的期间,在触发电极31与电弧接触件(固定侧)21之间产生电弧。
当电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41的分离距离大体等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31的分离距离时,电弧从触发电极31向电弧接触件(活动侧)41转移。在从电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41的分离距离大体等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31的分离距离的时刻起、到电弧被消弧的时刻为止的期间,在电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生电弧。此时,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21构成对置配置的1对电极,对电弧进行点弧。
有时将从触发电极31与电弧接触件(固定侧)21开始分离的时刻起、到电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41的分离距离等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31的分离距离为止的时间,称为“电流切断时的前半程”。
有时将从电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41的分离距离等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31的分离距离的时刻起、到电弧被消弧为止的时间,称为“电流切断时的后半程”。
触发电极31进一步向驱动装置方向,向电弧接触件(固定侧)21与触发电极31的分离距离变得大于电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41的分离距离的方向移动。触发电极31从在电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生的电弧分离,减轻了触发电极31的劣化。
触发电极31进一步向驱动装置方向移动。于是,由触发电极31和电弧接触件(活动侧)41构成的蓄压室38的开放端方向侧的密封状态被开放。由此,在由活塞33和气缸42构成的压缩室36中升压后的消弧性气体,经由由触发电极31和电弧接触件(活动侧)41构成的蓄压室38、绝缘喷嘴23而喷出,电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧被消弧。
此外,电弧接触件(固定侧)21的前端也可以被沿着圆周方向分割,成为指状电极。在该情况下,电弧接触件(固定侧)21具有挠性,电弧接触件(固定侧)21的开口缘的内径比触发电极31的外径稍小而变窄。触发电极31被插入于电弧接触件(固定侧)21的开口,由此电弧接触件(固定侧)21、触发电极31相互接触并导通。
(绝缘喷嘴23)
绝缘喷嘴23是具有对在压缩室36中升压后的消弧性气体的流速平衡进行规定的喉部(throat,也称作节流部)23a的圆筒状的整流部件。绝缘喷嘴23由PTFE(聚四氟乙烯)树脂等耐热性的绝缘物构成。
绝缘喷嘴23被一体固定于固定接触件部2,且被配置为,构成绝缘喷嘴23的圆筒的轴处于电弧接触件(固定侧)21的圆筒轴上。
绝缘喷嘴23被配置为,包围气体断路器1为闭路状态时的触发电极31。绝缘喷嘴23具有的形状为,从开放端方向朝向驱动装置方向,内侧形成为圆锥状的空间。绝缘喷嘴23沿着轴从电弧接触件(固定侧)21向电弧接触件(活动侧)41侧延伸,在电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间具有成为最小径的喉部23a。
通过绝缘喷嘴23,在压缩室36中升压后的消弧性气体被向电弧空间引导。此外,通过绝缘喷嘴23的喉部23a,消弧性气体被集中于电弧空间,并且在比喉部23a扩大的流路中消弧性气体的流速被高速化。
在气体断路器1成为开路状态时,由活动接触件部3的活塞33和固定接触件部4的气缸42构成的压缩室36内的消弧性气体被升压。电弧接触件(活动侧)41和触发电极31构成该升压后的消弧性气体的蓄压室38。在通过活塞33和气缸42使压缩室36内的消弧性气体升压的阶段,成为触发电极31插入于电弧接触件(活动侧)41的状态,成为密封状态。
在压缩室36内的消弧性气体的升压过程的结尾,电弧接触件(活动侧)41与触发电极31分离,在压缩室36内升压并蓄积于蓄压室38的消弧性气体,被喷吹到电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧空间。此时,通过绝缘喷嘴23使升压后的消弧性气体集中到电弧空间。由此,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间的电弧被高效地消弧,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21被电切断。
被喷吹到电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧空间并成为高温的消弧性气体,经过固定接触件部2的排气筒24而被冷却,在恢复了绝缘性之后被向封闭容器8内排气。
由电弧放电产生的热能通过消弧性气体而被除去。作为其结果,消弧性气体含有由于电弧放电而产生的热能并成为高温、高压力。成为高温、高压力的消弧性气体被从排气筒24的排气口24a、24b、24c排出,并将这些热能从电极区域排除。
绝缘喷嘴23将通过喉部23a升压后的消弧性气体向电弧空间集中地引导。并且,绝缘喷嘴23在从喉部23a起的扩大部中对消弧性气体进行加速,提高热能的排气性。此外,绝缘喷嘴23对由于电弧而高温化了的消弧性气体的排气流路进行规定,例如,抑制固定通电接触件22与活动通电接触件32之间的绝缘破坏。并且,绝缘喷嘴23通过喉部23a来抑制电弧的扩展,并在该喉部对电弧的最小径进行规定。此外,绝缘喷嘴23通过喉部23a对消弧性气体的流量和流速适当地进行控制。由此,对在电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生的电弧高效地喷吹消弧性气体,并且,热能被高效地除去,电弧被消弧。作为其结果,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21被电切断。
在现有技术中,绝缘喷嘴23与活动通电接触件32一起设置于活动接触件部3的情况较多。然而,由于活动接触件部3为活动,因此优选轻量化。因此绝缘喷嘴23优选设置于不活动的固定接触件部2。此外,绝缘喷嘴23也可以设置于活动接触件部3。
绝缘喷嘴23虽然可以设置于固定接触件部2、活动接触件部3的任意一方,但活动接触件部3存在由于活动而引起的振动。因此,与设置于活动接触件部3的情况相比,在设置于固定接触件部2的情况下,能够抑制由于振动而导致的电性能的劣化。
此外,绝缘喷嘴23能够抑制绝缘性较低的、成为高温的消弧性气体向固定通电接触件22流入,因此优选设置于固定接触件部2。优选使绝缘喷嘴23与触发电极31的间隙距离大于电弧接触件(活动侧)41与触发电极31的接触时的间隙距离。绝缘喷嘴23与触发电极31在接触时会产生高电场部,引起电性能的显著劣化。通过如上述那样构成,能够利用电弧接触件(活动侧)41的内径限制相对于触发电极31的中心轴的最大偏移宽度,能够防止触发电极31与绝缘喷嘴23的接触。另外,通过限制电弧接触件(活动侧)41与触发电极31的间隙距离,能够抑制消弧性气体从蓄压室38的泄漏量。
在将消弧性气体向在电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生的电弧喷吹时,优选绝缘喷嘴23的内压较低。因此,绝缘喷嘴23的形状优选形成为使得由电弧接触件(固定侧)21和绝缘喷嘴23形成的消弧性气体的流路的流路截面积朝向开放端方向变大。
根据试验结果,为了获得良好的切断性能,优选的是采用以下的流路构成。
形成于电弧接触件(固定侧)21与绝缘喷嘴23之间的流路的面积>绝缘喷嘴23的喉部23a的流路的面积>电弧接触件(活动侧)41的吹出部分的面积
绝缘喷嘴23为了使电弧高效地冷却,而对经由压缩室36、蓄压室38喷出的消弧性气体的流动进行控制。绝缘喷嘴23内的压力在消弧性气体的喷出时成为下游压力,因此优选为始终被保持为低压的构造。
绝缘喷嘴23不仅产生从驱动装置方向到开放端方向而与轴平行的消弧性气体的流动,而且在横穿电弧的方向上也产生消弧性气体的流动。通过该流动而电弧被高效地冷却。向电弧喷吹并成为高温的消弧性气体的绝缘性较低,因此优选与固定通电接触件22、活动通电接触件32不接触地被排气。
(排气筒24)
排气筒24是由切削的导体金属构成的圆筒状的部件。在排气筒24的驱动装置方向端部,使圆筒的轴对齐地配置有电弧接触件(固定侧)21及固定通电接触件22。排气筒24具有将成为高温的消弧性气体排出的排气口24a、24b、24c。排气筒24也可以与电弧接触件(固定侧)21及固定通电接触件22一体地成型。
在排气筒24上经由封闭容器8而连接有引出导体7a。排气筒24成为消弧性气体的流路,将向电弧喷吹并成为高温的消弧性气体从电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的电弧空间向封闭容器8引导。
在气体断路器1成为开路状态时,由活动接触件部3的活塞33和固定接触件部4的气缸42构成的压缩室36内的消弧性气体被升压,并向电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧空间喷吹。向电弧喷吹并成为高温的消弧性气体被从排气筒24的排气口24a、24b、24c向封闭容器8内排出。
(固定接触件部4)
固定接触件部4具有电弧接触件(活动侧)41、气缸42、以及支架43。电弧接触件(活动侧)41相当于技术方案中的第二电弧接触件。此外,在本说明书中,也有时将电弧接触件(活动侧)41称为第二电弧接触件。
(电弧接触件(活动侧)41)
电弧接触件(活动侧)41是沿着固定接触件部4的圆筒的中心轴、配置于固定接触件部4的开放端方向的端部的圆筒状的电极。电弧接触件(活动侧)41具有导电部41a和引导部41b。电弧接触件(活动侧)41的导电部41a由在开放端方向的端部带有圆角、形成为与固定通电接触件22大致同径的圆筒状的金属导体构成。电弧接触件(活动侧)41的导电部41a由含有10%至40%铜及90%至60%钨的金属等构成。
如图4所示,在电弧接触件(活动侧)41的导电部41a的圆筒内的开放端方向配置引导部41b。引导部41b具有比触发电极31的外径大且比导电部41a的与触发电极31接近的接触端41c部分的内径小的内径。引导部41b在触发电极31与电弧接触件(固定侧)21为闭路状态时,以围绕触发电极31的方式配置于电弧接触件(活动侧)41的导电部41a的筒内。
另外,引导部41b从电弧接触件(活动侧)41的开放端方向(电弧接触件(固定侧)21侧)的端部向与电弧接触件(固定侧)21相反的一侧离开接触端41c的内径乘以0.2而得的距离以上地配置于电弧接触件(活动侧)41的导电部41a的筒内。接触端41c是电弧接触件(活动侧)41的导电部41a的与触发电极31接近的部分。
引导部41b的内径具有朝向驱动装置方向而变大的锥部41d,在电弧接触件(活动侧)41内形成有圆锥台状的空间。
引导部41b由丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、PTFE中的至少一种绝缘材料构成。
引导部41b抑制电流切断时的触发电极31的移动所引起的机械振动,减少触发电极31与由绝缘材料构成的绝缘喷嘴23以及由金属材料构成的电弧接触件(活动侧)41的接触端41c接触、滑动或者接近以及分离。利用引导部41b减少三联点的产生以及金属异物的产生。
另外,引导部41b从电弧接触件(活动侧)41的开放端方向(电弧接触件(固定侧)21侧)的端部离开电弧接触件(活动侧)41的接触端41c的内径DD乘以0.2而得的距离L以上地配置于电弧接触件(活动侧)41的导电部41a的筒内。由此,如图5所示,可减少引导部41b与触发电极31的接触部分的电场强度。
因此,可减少由绝缘材料构成的引导部41b与由金属材料构成的触发电极31以及消弧性气体所引起的三联点,维持气体断路器1的电绝缘性能。
引导部41b的内径具有朝向驱动装置方向而变大的锥部41d,在电弧接触件(活动侧)41内形成圆锥台状的空间,通过防止喷出时的消弧性气体的流动的剥离而充分地确保喷出流量。
电弧接触件(活动侧)41经由构成固定接触件部4的外周的支架43,由绝缘支承部件固定。电弧接触件(活动侧)41固定于支架43而不活动。因此,电弧接触件(活动侧)41不包含于驱动装置9所驱动的活动部重量。由此,不提高驱动装置9的驱动力就能够提高热容量和表面积,能够使电弧接触件(活动侧)41的耐老化性提高。
电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21被配置为以电弧被消弧之后能够确保绝缘性的距离而分离。电弧接触件(活动侧)41及电弧接触件(固定侧)21由于被固定而不活动,因此不使驱动装置9的驱动力增大就能够使表面积增大。因此,能够使电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间的电场分布更接近于均匀电场,与现有技术相比,能够使电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间的距离变短。
此外,能够根据绝缘喷嘴23与电弧接触件(固定侧)21及电弧接触件(活动侧)41之间的距离,对向电弧喷吹的消弧性气体的流量进行规定。优选电弧接触件(固定侧)21与绝缘喷嘴23之间的距离大于电弧接触件(活动侧)41与绝缘喷嘴23之间的距离。
固定接触件部4及活动接触件部3构成为,经由滑动触点等而始终成为同电位并且成为导通状态。在气体断路器1的闭路状态时,活动接触件部3的触发电极31插入于电弧接触件(固定侧)21,因此固定接触件部2与固定接触件部4经由活动接触件部3而电导通。在气体断路器1的闭路状态时,电弧接触件(活动侧)41成为构成用于使引出导体7a、7b电导通的电路的一部分的导体。
另一方面,在气体断路器1的开路状态时,活动接触件部3的触发电极31与固定接触件部2的电弧接触件(固定侧)21分离,因此电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21被电切断。
然而,在气体断路器1成为开路状态时,活动接触件部3的触发电极31与固定接触件部2的电弧接触件(固定侧)21虽然机械式地分离,但通过所产生的电弧而成为电导通状态。因此,在存在电弧的状态下,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21为电导通状态。
在气体断路器1成为开路状态时,活动接触件部3由驱动装置9驱动,在电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间从开放端方向向驱动装置方向移动。与此相伴随,触发电极31也在电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间从开放端方向向驱动装置方向移动。在触发电极31从电弧接触件(固定侧)21分离之前,固定通电接触件22与活动通电接触件32分离。其目的在于,使电弧不在固定通电接触件22与活动通电接触件32之间产生,而一定在触发电极31与电弧接触件(固定侧)21之间产生。
在从触发电极31与电弧接触件(固定侧)21开始分离的时刻起、到电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的分离距离等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的分离距离的时刻为止的期间,在触发电极31与电弧接触件(固定侧)21之间产生电弧。
当电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的分离距离等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的分离距离时,电弧从触发电极31向电弧接触件(活动侧)41转移。在电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的分离距离等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的分离距离的时刻起、到电弧被消弧的时刻为止的期间,在电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生电弧。此时,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21构成对置配置的1对电极,承载电弧。
触发电极31进一步向驱动装置方向,向电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的分离距离变得大于电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的分离距离的方向移动。触发电极31从在电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生的电弧分离,减轻了触发电极31的劣化。
触发电极31进一步向驱动装置方向移动。于是,由触发电极31和电弧接触件(活动侧)41构成的蓄压室38的开放端方向侧的密封状态被开放。由此,在压缩室36中被升压并存积在蓄压室38中的消弧性气体,经由电弧接触件(活动侧)41及绝缘喷嘴23而喷出,电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧被消弧。
通过由驱动装置9使触发电极31向驱动装置方向移动,由此电弧从触发电极31向电弧接触件(活动侧)41转移。电弧接触件(活动侧)41和电弧接触件(固定侧)21成为气体断路器1为开路状态时的最终的电触点。
此外,在气体断路器1成为开路状态时,优选减少由电弧导致的固定通电接触件22和活动通电接触件32的劣化。虽然固定通电接触件22与活动通电接触件32分离,但为了防止在固定通电接触件22与活动通电接触件32之间产生电弧,通过电弧接触件(固定侧)21、触发电极31、电弧接触件(活动侧)41来承载电弧。因此,在固定通电接触件22与活动通电接触件32分离之前的时间中,触发电极31与电弧接触件(固定侧)21保持足够高的导电率且接触,保持良好的电导通状态。
在气体断路器1成为开路状态时,由活动接触件部3的活塞33和固定接触件部4的气缸42构成的压缩室36内的消弧性气体被升压。电弧接触件(活动侧)41和触发电极31构成该升压后的消弧性气体的蓄压室38。在通过活塞33和气缸42使压缩室36内的消弧性气体升压的阶段,成为触发电极31插入于电弧接触件(活动侧)41的状态,成为密封状态。由此,在压缩室36内升压后的消弧性气体存积于蓄压室38。
在压缩室36内的消弧性气体的升压结束或进展了一定程度之后,电弧接触件(活动侧)41与触发电极31分离,蓄压室38所存积的消弧性气体被向电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧空间喷吹。由此,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间的电弧被消弧,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21被电切断。
此外,电弧接触件(活动侧)41的前端也可以在圆周方向上分割,成为指状电极。在该情况下,电弧接触件(活动侧)41具有挠性,电弧接触件(活动侧)41的开口缘的内径比触发电极31的外径稍小而变窄。由于触发电极31插入于电弧接触件(活动侧)41的开口,因此触发电极31、电弧接触件(活动侧)41也可以相互接触且导通。
(气缸42)
气缸42是由金属导体构成、在一端具有有底部、在另一端具有开口部的筒形状的部件。此外,气缸42在内部具有圆筒状的内壁,形成环状的空间。设置于气缸42内部的形成环状空间的内壁由电弧接触件(活动侧)41构成。构成气缸42的外周部分的外壁被构成为,相对于电弧接触件(活动侧)41描绘同心圆。
气缸42具有相对于活动接触件部3的活塞33的外径能够滑动的内径。并且,气缸42的构成内壁的电弧接触件(活动侧)41具有相对于活塞33的环状的孔径能够滑动的外径。
气缸42以有底部成为驱动装置方向、开口部成为开放端方向的方式,被配置于固定接触件部4。气缸42配置在消弧性气体中。气缸42在有底部具有插通孔42a,对活动接触件部3的活塞33进行支承的活塞支承件33a插通于插通孔42a。
气缸42中插入有活塞33,通过气缸42和活塞33形成用于使消弧性气体升压的压缩室36。在气体断路器1成为开路状态时,气缸42和活塞33对压缩室36内的消弧性气体进行压缩。气缸42和活塞33确保压缩室36的气密。由此,压缩室36内的消弧性气体被升压。
在构成气缸42内壁的电弧接触件(活动侧)41设置有贯通孔42b。贯通孔42b使由电弧接触件(活动侧)41和触发电极31构成的蓄压室38与压缩室36导通。在压缩室36中升压后的消弧性气体,被存积于蓄压室38,当触发电极31对电弧接触件(活动侧)41的封闭被释放时,经由绝缘喷嘴23被向电弧空间引导。
在使压缩室36内与蓄压室38连通的气缸42的贯通孔42b中也可以设置有止回阀42e,该止回阀42e在压缩室36内的压力成为比蓄压室38内的压力低压时,防止消弧性气体从蓄压室38向压缩室36流入。
在气体断路器1成为开路状态时,气缸42与活塞33协作而对压缩室36内的消弧性气体进行压缩。作为其结果,压缩室36内的消弧性气体被升压。电弧接触件(活动侧)41和触发电极31构成该升压后的消弧性气体的蓄压室38。在通过活塞33和气缸42使压缩室36内的消弧性气体升压的阶段,成为触发电极31插入于电弧接触件(活动侧)41的状态,成为密封状态。
在压缩室36内的消弧性气体的升压结束或进展了一定程度之后,电弧接触件(活动侧)41与触发电极31分离,在压缩室36内升压了的消弧性气体流过蓄压室38,被向电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧空间喷吹。由此,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间的电弧被消弧,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21被电切断。
气缸42与活塞33协作而对压缩室36内的消弧性气体进行压缩。因此,气缸42和活塞33在消弧性气体的压缩时成为密封状态,防止压力泄漏。但是,若由压缩后的消弧性气体产生的过度压力持续施加于活塞,则有导致活塞33、触发电极31、活动通电接触件32的逆行的隐患。为了防止该逆行,也可以在气缸42的底部设置配置了压力阀的孔,通过使其适当地开闭来释放压力。或者,能够通过配置止回阀42e来抑制活塞33、触发电极31、活动通电接触件32的逆行。
气缸42在有底部具有吸气孔42c,并且具有配置于吸气孔42c的吸气阀42d。在气体断路器1再次成为闭路状态时,通过驱动装置9使活动接触件部3从驱动装置方向向开放端方向移动。与此相伴,活塞33也从驱动装置方向向开放端方向移动。此时,由活塞33和气缸42形成的压缩室36扩大,压缩室36内的压力降低。由于压缩室36内的压力降低,因此封闭容器8内的消弧性气体经由吸气孔42c及吸气阀42d被吸气到压缩室36内。由于所吸气的消弧性气体从成为高温的电弧空间充分分离,因此压缩室36内被填充温度较低的消弧性气体。
(支架43)
支架43是一个端面有底的圆筒形状的导体,有底的端面被配置在驱动装置方向。在支架43上经由封闭容器8而连接有引出导体7b。支架43通过绝缘部件而固定于封闭容器8。支架43对电弧接触件(活动侧)41、气缸42进行支承。
(活动接触件部3)
活动接触件部3具有触发电极31、活动通电接触件32、活塞33、绝缘杆37、以及蓄压室38。在现有技术中,活动接触件部具有喷嘴、气缸、电弧电极,而成为规模较大的部分,但通过本实施方式能够使实现大幅度的轻量化。触发电极31与活塞33不一定需要一体化而同时动作,但在一体化了的情况下,能够使构造简单。此外,在成为使触发电极31比活塞33更快地动作的构造的情况下,有时在切断性能方面较有利。
(活动通电接触件32)
活动通电接触件32是沿着活动接触件部3的圆筒的中心轴、配置在活动接触件部3的开放端方向的端部的圆筒状的电极。活动通电接触件32由以开放端方向的端部带有圆角的方式形成的圆筒状的金属导体构成。构成活动通电接触件32的金属优选导电性较高且轻量的铝,但也可以是铜。活动通电接触件32由于活动,因此优选轻量地构成。
活动通电接触件32具有相对于固定接触件部2的固定通电接触件22的内径部分能够接触且滑动的外径。活动通电接触件32配置在活塞33的开放端方向的面上。
在气体断路器1的闭路状态时,活动通电接触件32插入于固定接触件部2的固定通电接触件22。由此,活动通电接触件32与固定通电接触件22接触,使活动接触件部3与固定接触件部2电导通。活动通电接触件32具有在通电时流动额定电流的能力。
另一方面,在气体断路器1的开路状态时,活动通电接触件32相对于固定接触件部2的固定通电接触件22物理地分离,将活动接触件部3与固定接触件部2电切断。
活动通电接触件32与由导体构成的活塞33一体地形成。在气体断路器1的闭路状态时及开路状态时,活塞33插入于固定接触件部4的气缸42而接触,使活动接触件部3与固定接触件部4电导通。活塞33在固定接触件部4的气缸42内滑动,因此与气体断路器1的闭路状态、开路状态无关,活动接触件部3与固定接触件部4成为电导通。
(触发电极31)
触发电极31是沿着活动接触件部3的圆筒的中心轴、配置在活动接触件部3的开放端方向的端部的棒状的电极。触发电极31由通过切削等而形成为一端带有圆角的实心圆柱状的金属导体构成。触发电极31的至少前端由含有10%至40%铜及90%至60%钨的金属等构成。
触发电极31具有相对于固定接触件部2的电弧接触件(固定侧)21的内径能够接触且滑动的外径。触发电极31被配置在电弧接触件(活动侧)41的进一步内侧。触发电极31配置在电弧接触件(活动侧)41的引导部41b的内侧,以有利于鉴于热容量的耐老化性、重量、以及表面积。
此外,触发电极31与活塞33一起连接于绝缘杆37,该绝缘杆37由驱动装置9驱动,由此在固定接触件部2与固定接触件部4之间往复移动。触发电极31相对于电弧接触件(固定侧)21而相对地活动。触发电极31配置在消弧性气体中,承担在消弧性气体中产生的电弧放电。
在气体断路器1成为开路状态时,需要将电流迅速地切断。由于使活动接触件部3高速地运动,因此触发电极31也优选轻量地构成。但是,在使触发电极31轻量化了的情况下,触发电极31对于电弧的耐老化性会变得不足。
然而,触发电极31承担电弧的时间,为触发电极31开始移动的初期的5~10ms程度。在触发电极31移动的后半程的时间中,触发电极31所受到的基于热的应力虽然加速度地变大,但电弧向电弧接触件(活动侧)41转移。因此,即使轻量化,触发电极31对于电弧的耐老化性也不会成为问题。
电弧接触件(固定侧)21的耐老化性、电弧接触件(活动侧)41的耐老化性、触发电极31的耐老化性优选为以下的关系。
电弧接触件(固定侧)21的耐老化性≥电弧接触件(活动侧)41的耐老化性≥触发电极31的耐老化性
其原因在于,成为高温的消弧性气体流在加速后与电弧接触件21碰撞,因此电弧接触件(固定侧)21比电弧接触件(活动侧)41容易磨损。此外,其原因在于,作为活动部的触发电极31优选比电弧接触件(固定侧)21、电弧接触件(活动侧)41轻量化,同时,对高温的电弧进行点弧只是到电弧转移到电弧接触件(活动侧)41为止的一定期间,与电弧接触件(固定侧)21及电弧接触件(活动侧)41相比,触发电极31的磨损程度有限。
通过降低耐老化性,由此触发电极31能够轻量地构成。通过使触发电极31变得轻量,由此在使用了具有相同驱动力的驱动装置9的情况下,能够更迅速地使气体断路器1成为闭路状态,能够提高切断性能。此外,在以相同速度驱动触发电极31的情况下,能够降低驱动装置9的驱动力,作为其结果,能够使驱动装置9轻量小型化。
另一方面,电弧接触件(活动侧)41是不活动的固定部分,因此由于重量较大而导致的不利点较少,能够较粗地构成。作为其结果,与触发电极31相比,能够使电弧接触件(活动侧)41的耐老化性较高。
触发电极31和电弧接触件(活动侧)41构成蓄压室38,并承受与在压缩室36中升压后的消弧性气体相等的压力。为了防止升压后的消弧性气体的压力泄漏,优选触发电极31与电弧接触件(活动侧)41的引导部41b接触。
为了提高压缩室36中升压后的消弧性气体的气密性,并且为了防止气密性的经年劣化,触发电极31与电弧接触件(活动侧)41的引导部41b的接触部分优选在轴向上具有一定长度。
通过触发电极31与电弧接触件(活动侧)41的引导部41b的形状或者距离,控制消弧性气体的喷出量、喷出路径等。
在气体断路器1的闭路状态时,触发电极31插入于固定接触件部2的电弧接触件(固定侧)21。由此触发电极31与固定接触件部2的电弧接触件(固定侧)21及固定接触件部4的电弧接触件(活动侧)41接触,使固定接触件部2、活动接触件部3、固定接触件部4电导通。在气体断路器1的闭路状态时,触发电极31成为构成用于使引出导体7a、7b电导通的电流电路的一部分的导体。
另一方面,在气体断路器1成为开路状态时,触发电极31与固定接触件部2的电弧接触件(固定侧)21分离。由此,触发电极31承担在活动接触件部3与固定接触件部2之间产生的电弧。活动通电接触件32与固定接触件部2的固定通电接触件22比电弧接触件(固定侧)21与触发电极31先分离,且在使通电电流向电弧接触件(固定侧)21和触发电极31换流之后分离,因此在活动通电接触件32与固定通电接触件22之间不产生电弧。触发电极31构成与电弧接触件(固定侧)21对置配置的1对电极,在气体断路器1成为开路状态时,成为与电弧接触的电极中的一方的电极。
在气体断路器1的开路状态时产生的电弧,集中于触发电极31和电弧接触件(固定侧)21之间。避免了在活动通电接触件32与固定通电接触件22之间产生电弧,减轻了活动通电接触件32和固定通电接触件22的劣化。
在气体断路器1成为开路状态时,活动接触件部3由驱动装置9驱动,在电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间从开放端方向向驱动装置方向移动。与此相伴,触发电极31也在电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间从开放端方向向驱动装置方向移动。在触发电极31从电弧接触件(固定侧)21分离之前,固定通电接触件22与活动通电接触件32分离。这是为了避免在固定通电接触件22与活动通电接触件32之间产生电弧。
在从触发电极31与电弧接触件(固定侧)21开始分离的时刻起、到电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的分离距离等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的分离距离的时刻为止的期间,在触发电极31与电弧接触件(固定侧)21之间产生电弧。
当电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的分离距离等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的分离距离时,电弧从触发电极31转移到电弧接触件(活动侧)41。在从电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的分离距离等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的分离距离变得相等的时刻起、到电弧被消弧的时刻为止的期间,在电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生电弧。此时,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21构成对置配置的1对电极,承担电弧。
触发电极31进一步向驱动装置方向,向电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的分离距离变得大于电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的分离距离的方向移动。触发电极31从在电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生的电弧分离,减轻了触发电极31的劣化。
触发电极31进一步向驱动装置方向移动。于是,由触发电极31和电弧接触件(活动侧)41构成的蓄压室38的开放端方向侧的密封状态被开放。由此,在压缩室36中升压并存积在由触发电极31和电弧接触件(活动侧)41构成的蓄压室38中的消弧性气体,经由绝缘喷嘴23喷出,电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧被消弧。
在气体断路器1成为开路状态时,气缸42与活塞33协作而对压缩室36内的消弧性气体进行压缩。作为其结果,压缩室36内的消弧性气体被升压。电弧接触件(活动侧)41和触发电极31构成该升压后的消弧性气体的蓄压室38。在通过活塞33和气缸42使压缩室36内的消弧性气体升压的阶段,成为触发电极31插入于电弧接触件(活动侧)41的状态,成为密封状态。
在压缩室36内的消弧性气体的升压结束或进展了一定程度以上之后,电弧接触件(活动侧)41与触发电极31分离,在压缩室36内升压、并存积在蓄压室38中的消弧性气体,被向电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧空间喷吹。由此,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间的电弧被消弧,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21被电切断。在电弧被消弧之后,在触发电极31中不流动电弧电流。
触发电极31相对于电弧接触件(固定侧)21及电弧接触件(活动侧)41的移动,是由固定支承于触发电极31及活塞33的绝缘杆37引起的。绝缘杆37由驱动装置9驱动。绝缘杆37由绝缘材料构成。绝缘杆37配置在触发电极31、电弧接触件(固定侧)21、电弧接触件(活动侧)41的中心轴上。
触发电极31也可以具有对电弧的不稳定进行抑制的抑制部。此外,触发电极31也可以具有对在将气体向电弧引导的蓄压室38中流动的消弧性气体进行整流的整流部。对电弧的不稳定进行抑制的抑制部与对消弧性气体进行整流的整流部,也可以与触发电极31一体地构成。
(活塞33)
活塞33是配置在活动接触件部3的开放端方向的端面上的环形状的板。活塞33在开放端方向的面上具有活动通电接触件32。活塞33由通过切削等而形成为环形状的板的金属导体构成。
活塞33具有相对于固定接触件部4的气缸42的内径能够滑动的外径。活塞33具有能够相对于构成固定接触件部4的气缸42的内壁的电弧接触件(活动侧)41的外周滑动的环状的孔径。
活塞33具有与驱动装置方向的面连接的多个活塞支承件33a。活塞支承件33a是由形成为杆状的金属导体构成的部件。活塞支承件33a经由气缸42的插通孔42a将活塞33固定于触发电极31。活塞33经由活塞支承件33a、触发电极31而与绝缘杆37连接。
活塞33相对于固定接触件部4的气缸42以能够滑动的方式插入配置。通过活塞33和气缸42形成用于对消弧性气体进行升压的压缩室36。活塞33配置在消弧性气体中。
活塞33经由绝缘杆37而通过驱动装置9进行往复移动。由驱动装置9实现的往复移动在使气体断路器1成为闭路状态时及成为开路状态时进行。
在气体断路器1成为开路状态时,活塞33与气缸42协作而对压缩室36内的消弧性气体进行压缩。作为其结果,压缩室36内的消弧性气体被升压。触发电极31和电弧接触件(活动侧)41构成对该升压后的消弧性气体进行存积的蓄压室38。
蓄压室38和压缩室36通过设置于气缸42的贯通孔42b连通。在通过活塞33和气缸42使压缩室36内的消弧性气体升压的阶段,触发电极31插入于电弧接触件(活动侧)41,蓄压室38成为密封状态而防止压力泄漏。因此,在压缩室36内和蓄压室38中填充有被升压为相同压力的消弧性气体。在使压缩室36内和蓄压室38连通的气缸42的贯通孔42b中,也可以设置有止回阀42e,在压缩室36内的压力变得比蓄压室38内的压力低压时,止回阀42e防止消弧性气体从蓄压室38向压缩室36流入。由此,即使假设在气体断路器1的开路时,由于压缩室36的压力而活动接触件部3向开放端方向逆行了的情况下,也能够抑制向电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间的电弧空间供给消弧性气体的蓄压室38的压力大幅度地降低。
此外,由活塞33和气缸42构成的压缩室36及由触发电极31和电弧接触件(活动侧)41构成的蓄压室38为,在压缩室36内的消弧性气体被升压的阶段,保持密封状态,且与电弧隔离。由于不易受到由电弧产生的热的影响,因此压缩室36及蓄压室38内的升压后的消弧性气体为低温。低温的消弧性气体被向电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间的电弧喷吹,因此能够高效地进行电弧的消弧。
活塞33承受在触发电极31或者电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生的电弧、以及由于电弧而高温化的消弧性气体的压力,该压力作为使活动接触件部3整体向驱动装置方向侧移动的力起作用。由此,能够减少驱动装置9的输出,作为其结果,能够使驱动装置9小型化。
在压缩室36内的消弧性气体的升压结束或进展了一定程度以上之后,触发电极31与电弧接触件(活动侧)41分离,在压缩室36内升压并存积在蓄压室38中的消弧性气体,被向电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧空间喷吹。由此,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间的电弧被消弧,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21被电切断。
由于在电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间或者电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间产生的电弧而产生的热、以及由于电弧而高温化了的消弧性气体,在其产生的同时通过排气口24a、24b、24c等,被向封闭容器8内迅速地排气。
(绝缘杆37)
绝缘杆37是由绝缘材料构成的棒状的部件。在绝缘杆37的开放端方向上固定有触发电极31及活塞33。绝缘杆37的驱动装置方向与驱动装置9连接。
绝缘杆37配置在触发电极31、电弧接触件(固定侧)21、电弧接触件(活动侧)41的中心轴上。触发电极31立设于绝缘杆37的开放端方向的端部。
绝缘杆37使触发电极31及活塞33在维持与驱动装置9及封闭容器8的电绝缘性的同时往复移动。绝缘杆37的往复移动通过驱动装置9来进行。由驱动装置9实现的往复移动在使气体断路器1成为闭路状态时及成为开路状态时进行。
[1-3.作用]
接下来,基于图1~3对本实施方式的气体断路器的作用进行说明。
[A.气体断路器1为闭路状态的情况]
首先,对本实施方式的气体断路器1为闭路状态的情况进行说明。在气体断路器1为闭路状态的情况下,使在引出导体7a、7b中流动的电流导通。
在气体断路器1为闭路状态的情况下,固定接触件部2与固定接触件部4经由活动接触件部3而电连接,使引出导体7a、7b之间的电流导通。具体地说,活动接触件部3的活动通电接触件32插入于固定接触件部2的固定通电接触件22。由此,固定通电接触件22与活动通电接触件32接触,固定接触件部2与活动接触件部3成为电导通状态。
此外,活动接触件部3的触发电极31插入于固定接触件部2的电弧接触件(固定侧)21。由此,电弧接触件(固定侧)21与触发电极31接触,固定接触件部2与活动接触件部3成为电导通状态。
并且,活动接触件部3的活塞33插入于固定接触件部4的气缸42。活塞33与活动通电接触件32一体地形成且电导通。由此,活动通电接触件32与气缸42成为电导通,固定接触件部4与活动接触件部3成为电导通状态。
其结果,固定接触件部2与固定接触件部4经由活动接触件部3而电连接,引出导体7a、7b之间成为电导通状态。
在该状态下,在触发电极31或者电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间的空间中不产生电弧。此外,消弧性气体在封闭容器8内的各部分成为均匀的压力。因此,由活动接触件部3的活塞33及固定接触件部4的气缸42形成的压缩室36内的消弧性气体也不被升压。此外,蓄压室38内的消弧性气体也不被升压。
在气体断路器1为闭路状态时,封闭容器8内的消弧性气体的压力为均匀。因此,不产生消弧性气体的气体流。
[B.气体断路器1成为开路状态的情况]
接下来,对本实施方式的气体断路器1成为开路状态的情况进行说明。气体断路器1成为开路状态,将在引出导体7a、7b中流动的电流切断。
将气体断路器1设为开路状态的切断动作是在故障电流或承担电流的切断、或者送电电路的切换等时在将气体断路器1从导通状态切换为切断状态的情况下进行的。
在使气体断路器1从闭路状态成为开路状态的情况下,使驱动装置9驱动。通过驱动装置9,使活动接触件部3沿着轴在固定接触件部4内向驱动装置方向移动。由此,活动通电接触件32从固定通电接触件22离开,并且,触发电极31从电弧接触件(固定侧)21离开。
在气体断路器1成为开路状态时,活动接触件部3由驱动装置9驱动,在固定接触件部2与固定接触件部4之间从开放端方向向驱动装置方向移动。与此相伴随,活动通电接触件32从固定通电接触件22分离,并从开放端方向向驱动装置方向移动。
并且,触发电极31也在电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间从开放端方向向驱动装置方向移动。在触发电极31从电弧接触件(固定侧)21分离之前,固定通电接触件22与活动通电接触件32分离。由此,应切断的电流向触发电极31及电弧接触件(固定侧)21侧换流,以使固定通电接触件22与活动通电接触件32之间不产生电弧。
从触发电极31与电弧接触件(固定侧)21开始分离的时刻起、到电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的分离距离等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的分离距离的时刻为止的期间,在触发电极31与电弧接触件(固定侧)21之间产生电弧。
当电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的分离距离等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的分离距离时,电弧从触发电极31向电弧接触件(活动侧)41转移。在从电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的分离距离等于电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的分离距离的时刻起、到电弧被消弧的时刻为止的期间,在电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生电弧。此时,电弧接触件(活动侧)41和电弧接触件(固定侧)21构成对置配置的1对电极,承担电弧。
触发电极31进一步向驱动装置方向,向电弧接触件(固定侧)21与触发电极31之间的分离距离变得大于电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的分离距离的方向移动。触发电极31从在电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生的电弧分离,减轻了触发电极31的劣化。
在气体断路器1成为开路状态时,活动接触件部3由驱动装置9驱动,因此活塞33也从开放端方向向驱动装置方向移动。活塞33与气缸42协作而对压缩室36内的消弧性气体进行压缩。作为其结果,压缩室36内的消弧性气体被升压。电弧接触件(活动侧)41和触发电极31构成对该升压后的消弧性气体进行存积的蓄压室38。在通过活塞33和气缸42使压缩室36内的消弧性气体升压的阶段,成为触发电极31插入于电弧接触件(活动侧)41的状态,蓄压室38成为密封状态。
触发电极31由驱动装置9驱动,进一步向驱动装置方向移动。在压缩室36内的消弧性气体的升压结束或进展了一定程度的升压之后,电弧接触件(活动侧)41与触发电极31分离,在电弧接触件(活动侧)41的开放端方向的端部形成喷出口部。在压缩室36内升压并存积于蓄压室38的消弧性气体,从喷出口部喷出,并向电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧空间喷吹。由此,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间的电弧被消弧,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21被电切断。
如上述那样,触发电极31被驱动装置9驱动,在驱动装置方向上移动。如图4所示,在电弧接触件(活动侧)41的导电部41a的圆筒内的开放端方向上配置有引导部41b。引导部41b与触发电极31接触,引导触发电极31的移动。引导部41b抑制电流切断时的、触发电极31的移动所引起的机械振动。
引导部41b引导触发电极31的移动,减少触发电极31与由绝缘材料构成的绝缘喷嘴23以及由金属材料构成的电弧接触件(活动侧)41的接触端41c接触、滑动或者接近以及分离。
引导部41b引导触发电极31的移动,减少触发电极31与绝缘喷嘴23接近的情况。因此,可抑制由绝缘材料构成的绝缘喷嘴23与由金属材料构成的触发电极31以及消弧性气体所引起的三联点的产生。
引导部41b具有比触发电极31的外径大且比电弧接触件(活动侧)41的与触发电极31接近的接触端41c部分的内径小的内径。引导部41b抑制触发电极31的移动时的机械振动。因此,可减少触发电极31与电弧接触件(活动侧)41的接触端41c接近以及分离。由此,可减少触发电极31的电流因放电而分流到电弧接触件(活动侧)41的接触端41c,可抑制放电痕所形成的凹(凹陷)部分。
在电弧接触件(活动侧)41的接触端41c形成有放电痕所引起的凹(凹陷)部分的情况下,消弧性气体从该凹(凹陷)部分泄漏,压力降低,喷吹到电弧的消弧性气体的速度将会降低。
气体断路器使消弧性气体升压,将该升压后的消弧性气体向电弧喷出,从而对电弧进行消弧。因而,不希望在向电弧喷出时升压后的消弧性气体的压力降低而喷出速度变慢。这是因为,升压后的消弧性气体的压力降低会降低消弧性气体的流速,难以进行可靠的电弧的消弧。
然而,引导部41b引导触发电极31的移动,从触发电极31向电弧接触件(活动侧)41的接触端41c的放电得以抑制,其结果,可抑制从放电痕所引起的凹(凹陷)部分泄漏消弧性气体,可确保喷吹到电弧的消弧性气体的速度。
引导部41b引导触发电极31的移动,抑制触发电极31与电弧接触件(活动侧)41的接触端41c接触、滑动。由此,可减少触发电极31或者电弧接触件(活动侧)41的接触端41c被切削而产生细微的金属异物(所谓的切屑)。
若产生的金属异物存在于高电场部,则有危及气体断路器1的电绝缘性能的隐患。然而,能够减少触发电极31或者电弧接触件(活动侧)41的接触端41c的金属面彼此在驱动中接触而产生微小的金属异物的隐患。可抑制细微的金属异物所引起的气体断路器的电绝缘性能的降低,因此能够更可靠地维持气体断路器1的电绝缘性能。
另外,引导部41b从电弧接触件(活动侧)41的开放端方向(电弧接触件(固定侧)21侧)的端部离开距离L以上地配置于电弧接触件(活动侧)41的导电部41a的筒内,该距离L是电弧接触件(活动侧)41的接触端41c的内径DD乘以0.2而得的距离。由此,如图5所示,可减少引导部41b与触发电极31的接触部分的电场强度。
图5表示通过模拟计算出的内径DD与距离L之比和引导部41b与触发电极31的接触部分的电场强度的关系。内径DD是电弧接触件(活动侧)41的接触端41c的内径,距离L是距引导部41b所配置的电弧接触件(活动侧)41的开放端方向(电弧接触件(固定侧)21侧)的端部的距离。
引导部41b由丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、PTFE中的至少一种绝缘材料构成。上述的绝缘材料具有2.1~3.0的相对介电常数。在图5中,用实线表示具有相对介电常数3.0的绝缘材料的电场强度,用虚线表示具有相对介电常数2.1的绝缘材料的电场强度。
如图5所示,通过使内径DD与距离L之比为0.2以上,能够显著抑制电场强度。引导部41b从电弧接触件(活动侧)41的开放端方向(电弧接触件(固定侧)21侧)的端部离开距离L以上地配置于电弧接触件(活动侧)41的导电部41a的筒内,该距离L是电弧接触件(活动侧)41的接触端41c的内径DD乘以0.2而得的距离。由此,可减少引导部41b与触发电极31的接触部分的电场强度。
因此,可减少由绝缘材料构成的引导部41b与由金属材料构成的触发电极31以及消弧性气体所导致的三联点,可维持气体断路器1的电绝缘性能。
引导部41b具有内径朝向驱动装置方向而变大的锥部41d,在电弧接触件(活动侧)41内形成圆锥台状的空间。引导部41b的锥部41d将消弧性气体从电弧接触件(活动侧)41内向绝缘喷嘴23方向顺畅地引导。
绝缘喷嘴23将在蓄压室38中流动并从喷出口部喷出的消弧性气体,向电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧空间引导。
绝缘喷嘴23的喉部23a对消弧性气体进行升压,在比喉部23a靠下游的扩大流路中使向电弧喷吹的消弧性气体的流速提高。绝缘喷嘴23的喉部23a使升压后的消弧性气体向电弧空间集中。此外,绝缘喷嘴23对由于电弧而高温化的消弧性气体的排气流路进行规定。并且,绝缘喷嘴23通过喉部23a对电弧的扩展进行抑制且对电弧的最大直径进行规定。此外,绝缘喷嘴23通过喉部23a对消弧性气体的流量进行控制。由此,消弧性气体被有效地喷吹到在电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生的电弧,电弧被消弧。作为其结果,电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21被电切断。
绝缘喷嘴23以围绕触发电极31的方式配置,减少因向电弧喷出时的压力降低而导致消弧性气体的喷出速度变慢。
气体断路器使消弧性气体升压,将该升压后的消弧性气体向电弧喷出,从而对电弧进行消弧。因而,不希望在向电弧喷出时升压后的消弧性气体的压力降低而喷出速度变慢。这是因为,升压后的消弧性气体的压力降低会降低消弧性气体的流速,难以进行的电弧的消弧。因而,为了在向电弧喷出时减少消弧性气体泄漏,优选的是减小绝缘喷嘴23与触发电极31的分离距离(间隙)。
另一方面,如果减小绝缘喷嘴23与触发电极31的分离距离(间隙),则可减少升压后的消弧性气体泄漏所引起的压力降低。然而,若过度减小绝缘喷嘴23与触发电极31的分离距离(间隙),则绝缘喷嘴23的喉部23a中的金属、绝缘物、消弧性气体相互接触,产生电场强度变得极高的三联点。
在金属、绝缘物、消弧性气体相互接触的三联点中,电场强度变得极高,存在危及气体断路器1的电绝缘性能的隐患。
电弧接触件(活动侧)41的引导部41b引导触发电极31的移动,减少触发电极31与绝缘喷嘴23接近的情况。因此,即使减小绝缘喷嘴23与触发电极31的分离距离(间隙),也可抑制由绝缘材料构成的绝缘喷嘴23与由金属材料构成的触发电极31以及消弧性气体所引发的三联点的产生。
通过将绝缘喷嘴23配置为围绕触发电极31,能够减少因向电弧喷出时的压力降低导致消弧性气体的喷出速度变慢。
优选的是绝缘喷嘴23与触发电极31的间隙距离大于电弧接触件(活动侧)41与触发电极31的间隙距离。若绝缘喷嘴23与触发电极31接触,则产生成为高电场的三联点部,引起电性能的显著劣化。
触发电极31与其他活动部件相比在轴向上更长且直径更细。因而,在电路动作时以高速驱动时,有因振动而从中心轴摆动的可能性。另外,由于组装不良、部件不良等原因,触发电极31不一定严密地位于中心轴。
然而,电弧接触件(活动侧)41的引导部41b对触发电极31的移动进行引导,在触发电极31与绝缘喷嘴23之间、触发电极31与电弧接触件(活动侧)41的接触端41c之间确保一定的分离距离。
在现有技术中,绝缘喷嘴23与活动通电接触件32一起设置于活动接触件部3的情况较多。然而,由于活动接触件部3活动,因此优选轻量化。因此,绝缘喷嘴23优选设置于不活动的固定接触件部2。此外,绝缘喷嘴23也可以设置于活动接触件部3。
绝缘喷嘴23可以设置于固定接触件部2、活动接触件部3中任一方,但活动接触件部3存在由于活动而产生的振动及冲击。因此,在绝缘喷嘴23设置于固定接触件部2的情况下,与设置于活动接触件部3的情况相比,能够抑制由于振动导致的电性能的劣化及由于机械冲击导致的绝缘喷嘴23的破损。
此外,绝缘喷嘴23能够抑制绝缘性较低的成为高温的消弧性气体向固定通电接触件22流入,因此优选设置于固定接触件部2。优选绝缘喷嘴23与触发电极31之间的间隙距离大于电弧接触件(活动侧)41与触发电极31接触时的间隙距离。绝缘喷嘴23与触发电极31若接触时则会产生高电场部,引起电性能的显著劣化。通过如上述那样构成,能够通过电弧接触件(活动侧)41的内径来限制相对于触发电极31的中心轴的最大偏离宽度,能够防止触发电极31与绝缘喷嘴23接触。此外,通过限制电弧接触件(活动侧)41与触发电极31之间的间隙距离,由此能够抑制消弧性气体从蓄压室38的泄漏量。
在将消弧性气体向在电弧接触件(活动侧)41与电弧接触件(固定侧)21之间产生的电弧喷吹时,优选绝缘喷嘴23的内压较低。因此,绝缘喷嘴23的形状优选设为使得由电弧接触件(固定侧)21和绝缘喷嘴23形成的消弧性气体的流路的流路截面积朝向开放端方向逐渐扩大。
根据试验结果,为了获得良好的切断性能,优选的是采用以下的流路构成。
形成于电弧接触件(固定侧)21与绝缘喷嘴23之间的流路的面积>绝缘喷嘴23的喉部23a的流路的面积≥电弧接触件(活动侧)41的吹出部分的面积
进而判明,形成于电弧接触件(活动侧)41与绝缘喷嘴23之间的流路的面积在电弧接触件(活动侧)41的吹出部分的面积的20%到200%之间存在适当值。通过如此构成,能够在使电弧接触件(活动侧)41的消弧性气体吹出口附近的电弧冷却性最大化的同时,必要充分地供给从绝缘喷嘴23的喉部23a朝向开放端方向的消弧性气体的气体流。
绝缘喷嘴23为了使电弧高效地冷却,而对经由压缩室36、蓄压室38喷出的消弧性气体进行控制。绝缘喷嘴23内的压力在消弧性气体的喷出时成为下游压力,因此优选常时保持为低压的构造。
绝缘喷嘴23不仅产生从驱动装置方向到开放端方向而与轴平行的消弧性气体的流动,而且在横穿电弧的方向上也产生消弧性气体的流动。通过该流动而电弧被高效地冷却。向电弧喷吹并成为高温的消弧性气体的绝缘性较低,因此优选与固定通电接触件22、活动通电接触件32不接触地被排气。
在电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧空间产生的电弧非常高温。向电弧喷吹并成为高温的消弧性气体从排气筒24的排气口24a、24b、24c向封闭容器8内排出。
在从引出导体7a、7b供给的交流电流的电流零点,电弧接触件(固定侧)21与电弧接触件(活动侧)41之间的电弧变小,并由于被喷吹消弧性气体而实现消弧。作为其结果,气体断路器1成为开路状态,在引出导体7a、7b中流动的电流被切断。
[1-4.效果]
(1)根据本实施方式,气体断路器1具有:棒状的触发电极31,被配置为能够在第一电弧接触件21与第二电弧接触件41之间移动,在电流切断时的后半程,在筒状的第二电弧接触件41内移动,使第二电弧接触件41对电弧进行点弧;以及引导部41b,具有比触发电极31的外径大且比第二电弧接触件41的与触发电极31接近的部分的内径小的内径,在触发电极31与第一电弧接触件21为闭路状态时,引导部41b以围绕触发电极31的方式配置于第二电弧接触件41的筒内,因此能够提供可抑制触发电极31的移动时的机械振动、减少气体断路器动作时的三联点的产生以及金属异物的产生、且能更可靠地维持电绝缘性能的气体断路器。
电弧接触件(活动侧)41的引导部41b对电流切断时的触发电极31的移动进行引导,减少触发电极31与绝缘喷嘴23接近的情况。因此,能够抑制由绝缘材料构成的绝缘喷嘴23与由金属材料构成的触发电极31以及消弧性气体所导致的三联点的产生。
(2)根据本实施方式,电弧接触件(活动侧)41的引导部41b具有比触发电极31的外径大的内径、并且是电弧接触件(活动侧)41的与触发电极31接近的接触端41c部分的内径小的内径。引导部41b抑制触发电极31的移动时的机械振动。
因此,能够减少触发电极31与电弧接触件(活动侧)41的接触端41c接近以及分离。由此可减少触发电极31的电流因放电而分流到电弧接触件(活动侧)41的接触端41c,能够抑制放电痕所形成的凹(凹陷)部分。
在电弧接触件(活动侧)41的接触端41c形成有放电痕所引起的凹(凹陷)部分的情况下,消弧性气体从该凹(凹陷)部分泄漏,压力降低,喷吹到电弧消弧性气体的速度将会降低。
然而,由于电弧接触件(活动侧)41的引导部41b引导触发电极31的移动,从触发电极31向电弧接触件(活动侧)41的接触端41c的放电得以抑制,因此能够抑制消弧性气体从放电痕所引起的凹(凹陷)部分的泄漏,能够确保向电弧喷吹的消弧性气体的速度。
(3)根据本实施方式,电弧接触件(活动侧)41的引导部41b引导触发电极31的移动,抑制触发电极31与电弧接触件(活动侧)41的接触端41c接触、滑动。由此,能够减少触发电极31或者电弧接触件(活动侧)41的接触端41c被切削而产生细微的金属异物(所谓的切屑)。
若产生的金属异物存在于高电场部,则有危及气体断路器1的电绝缘性能的隐患。然而,根据本实施方式,能够减少触发电极31或者电弧接触件(活动侧)41的接触端41c的驱动中的金属面彼此的接触而产生微小的金属异物的隐患。可抑制细微的金属异物所引起的气体断路器的电绝缘性能的降低,因此能够更可靠地维持气体断路器1的电绝缘性能。
(4)根据本实施方式,引导部41b从电弧接触件(活动侧)41的开放端方向(电弧接触件(固定侧)21侧)的端部离开电弧接触件(活动侧)41的接触端41c的内径DD乘以0.2而得的距离L以上地配置于电弧接触件(活动侧)41的导电部41a的筒内。由此可减少引导部41b与触发电极31的接触部分的电场强度,可抑制由绝缘材料构成的引导部41b与由金属材料构成的触发电极31以及消弧性气体所导致的三联点的产生,可维持气体断路器1的电绝缘性能。
(5)根据本实施方式,电弧接触件(活动侧)41的引导部41b具有内径朝向驱动装置方向而变大的锥部41d,在电弧接触件(活动侧)41内形成有圆锥台状的空间,因此引导部41b的锥部41d能够在电流切断时将消弧性气体从电弧接触件(活动侧)41内向绝缘喷嘴23方向顺畅地引导。
(5)根据本实施方式,电弧接触件(活动侧)41的引导部41b由丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、PTFE中的至少一种绝缘材料构成,因此能够减少触发电极31由于电流切断时的移动而被电弧接触件(活动侧)41的接触端41c切削的情况。
[2.其他实施方式]
对包括变形例的实施方式进行了说明,但这些实施方式是作为例子提示的,不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式来实施,在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其应变包含于发明的范围、主旨,并同样包含于权利要求书所记载的发明及其等同的范围。以下为其一个例子。
在上述实施方式中,固定接触件部2及固定接触件部4固定于封闭容器8,但固定接触件部2及固定接触件部4也可以活动。在气体断路器1成为开路状态时,例如,固定接触件部2也可以向开放端方向活动。此外,固定接触件部4也可以向驱动装置方向活动。通过固定接触件部2或4、或者固定接触件部2及4能够活动,由此能够更迅速地将引出导体7a、7b之间的电力切断。
在上述实施方式中,引导部41b设于电弧接触件(活动侧)41的一处,但如图6所示,多个引导部41b以及引导部41e也可以设于电弧接触件(活动侧)41的多处。如此,多个引导部41b以及引导部41e设于电弧接触件(活动侧)41的多处,从而能够更加抑制电流切断时的触发电极31的移动所引起的机械振动。
通过如此构成,多个引导部41b以及引导部41e能够更准确地引导触发电极31的移动,能够更加减少触发电极31与由绝缘材料构成的绝缘喷嘴23以及由金属材料构成的电弧接触件(活动侧)41的接触端41c接触、滑动或者接近以及分离。
由此,能够提供可进一步抑制触发电极31的移动时的机械振动、减少气体断路器动作时的三联点的产生以及金属异物的产生、且更可靠地维持电绝缘性能的气体断路器1。另外,由此可减少触发电极31的电流因放电而分流到电弧接触件(活动侧)41的接触端41c,更加能够抑制放电痕所形成的凹(凹陷)部分。能够提供可进一步抑制消弧性气体从放电痕所引起的凹(凹陷)部分的泄漏、且可进一步确保向电弧喷吹的消弧性气体的速度的气体断路器1。
优选的是,引导部41b如图6(a)所示那样由环状的部件构成,引导部41e如图6(b)所示那样由具有多个放射形状的部件构成。通过如此构成,引导部41b确保消弧性气体的气密,能够减少引导部41e成为消弧性气体的流路中的障碍物的情况,能够确保向电弧喷吹的消弧性气体的速度。
另外,多个引导部41b以及引导部41e的两者可以由具有多个放射形状的部件构成。通过如此构成,能够减少多个引导部41b以及引导部41e成为消弧性气体的流路中的障碍物的情况,能够确保向电弧喷吹的消弧性气体的速度。
附图标记说明
1···气体断路器
2、4···固定接触件部
3···活动接触件部
7a、7b···引出导体
8···封闭容器
9···驱动装置
21···电弧接触件(固定侧)
22···固定通电接触件
23···绝缘喷嘴
23a···喉部
24···排气筒
24a、24b、24c···排气口
31··触发电极
32···活动通电接触件
33···活塞
33a···活塞支承件
36···压缩室
37···绝缘杆
38···蓄压室
41···电弧接触件(活动侧)
41a···导电部
41b···引导部
41c···接触端
41d···锥部
41e···引导部
42···气缸
42a···插通孔
42b···贯通孔
42c···吸气孔
42d···吸气阀
42e···止回阀
43···支架
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种气体断路器,具有:
第一电弧接触件,与连接于电力系统的第一引出导体电连接;
筒状的第二电弧接触件,与第二引出导体电连接;
棒状的触发电极,配置为能够在所述第一电弧接触件与所述第二电弧接触件之间移动,在电流切断时的前半程,伴随着移动而使其与所述第一电弧接触件之间产生的电弧被点弧,在电流切断时的后半程,在筒状的第二电弧接触件内移动,使所述电弧换流到所述第二电弧接触件;以及
引导部,具有比所述触发电极的外径大且比所述第二电弧接触件的与所述触发电极接近的部分的内径小的内径,以围绕所述触发电极的方式配置于所述第二电弧接触件的筒内,
所述引导部配置为从所述第二电弧接触件的所述第一电弧接触件侧的端部向与所述第一电弧接触件相反一侧离开如下距离以上,该距离是所述第二电弧接触件的与所述触发电极接近的部分的内径乘以0.2而得的距离。
2.(修改后)一种气体断路器,具有:
第一电弧接触件,与连接于电力系统的第一引出导体电连接;
筒状的第二电弧接触件,与第二引出导体电连接;
棒状的触发电极,配置为能够在所述第一电弧接触件与所述第二电弧接触件之间移动,在电流切断时的前半程,伴随着移动而使其与所述第一电弧接触件之间产生的电弧被点弧,在电流切断时的后半程,在筒状的第二电弧接触件内移动,使所述电弧换流到所述第二电弧接触件;以及
引导部,具有比所述触发电极的外径大且比所述第二电弧接触件的与所述触发电极接近的部分的内径小的内径,以围绕所述触发电极的方式配置于所述第二电弧接触件的筒内,
所述引导部配置为从所述第二电弧接触件的所述第一电弧接触件侧的端部向与所述第一电弧接触件相反一侧离开如下距离以上,该距离是所述第二电弧接触件的与所述触发电极接近的部分的内径乘以0.2而得的距离,所述引导部以在所述触发电极与所述第一电弧接触件为闭路状态时围绕所述触发电极的方式配置于所述第二电弧接触件的筒内。
3.(删除)。
4.(修改后)如权利要求1或2所述的气体断路器,其中,
所述引导部具有锥部,该锥部的内径朝向与所述第一电弧接触件相反一侧而变大,在所述第二电弧接触件内形成有圆锥台状的空间。
5.(修改后)如权利要求1或2所述的气体断路器,其中,
所述引导部由丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚四氟乙烯中的至少一种绝缘材料构成。

Claims (5)

1.一种气体断路器,具有:
第一电弧接触件,与连接于电力系统的第一引出导体电连接;
筒状的第二电弧接触件,与第二引出导体电连接;
棒状的触发电极,配置为能够在所述第一电弧接触件与所述第二电弧接触件之间移动,在电流切断时的前半程,伴随着移动而使其与所述第一电弧接触件之间产生的电弧被点弧,在电流切断时的后半程,在筒状的第二电弧接触件内移动,使所述电弧换流到所述第二电弧接触件;以及
引导部,具有比所述触发电极的外径大且比所述第二电弧接触件的与所述触发电极接近的部分的内径小的内径,以围绕所述触发电极的方式配置于所述第二电弧接触件的筒内。
2.如权利要求1所述的气体断路器,其中,
所述引导部以在所述触发电极与所述第一电弧接触件为闭路状态时围绕所述触发电极的方式配置于所述第二电弧接触件的筒内。
3.如权利要求1或2所述的气体断路器,其中,
所述引导部配置为从所述第二电弧接触件的所述第一电弧接触件侧的端部向与所述第一电弧接触件相反一侧离开如下距离以上,该距离是所述第二电弧接触件的与所述触发电极接近的部分的内径乘以0.2而得的距离。
4.如权利要求1至3中任一项所述的气体断路器,其中,
所述引导部具有锥部,该锥部的内径朝向与所述第一电弧接触件相反一侧而变大,在所述第二电弧接触件内形成有圆锥台状的空间。
5.如权利要求1至4中任一项所述的气体断路器,其中,
所述引导部由丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚四氟乙烯中的至少一种绝缘材料构成。
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